Question

19．“潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過向地下煤層氣化爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出了熱值高達122500～16000kJ•m^-3的煤炭氣，其主要成分是CO和H₂．CO和H₂可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛．
（1）已知：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ•mol^-1①
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂=-483.6kJ•mol^-1②
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₃=+131.3kJ•mol^-1③
則反應(yīng)CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）+CO₂（g），△H=-524.8kJ•mol^-1．
標(biāo)準(zhǔn)狀況下的煤炭氣（CO、H₂）33.6L與氧氣完全反應(yīng)生成CO₂和H₂O，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移3mol e^-．
（2）工作溫度650℃的熔融鹽燃料電池，是用煤炭氣（CO、H₂）作負極燃氣，空氣與CO₂的混合氣體為正極燃氣，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔點混合物做電解質(zhì)，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的．若負極的氣體按物質(zhì)的量之比為1：1參與反應(yīng)，該電極反應(yīng)式為O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
（3）密閉容器中充有10mol CO與20mol H₂，在催化劑作用下反應(yīng)生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度、壓強的關(guān)系如圖所示．
①若A、B兩點表示在某時刻達到的平衡狀態(tài)，此時在A點時容器的體積為V_AL，則該溫度下的平衡常數(shù)K=$\frac{{V}^{2}}{100}$L²/mol²；A、B兩點時容器中，n（A）_總：n（B）_總=5：4．
②若A、C兩點都表示達到的平衡狀態(tài)，則自反應(yīng)開始到達平衡狀態(tài)所需的時間t_A大于t_C（填“大于”、“小于”或“等于”）．
③在不改變反應(yīng)物用量的情況下，為提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是降溫、加壓、將甲醇從混合體系中分離出來．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律來計算得到；依據(jù)n=$\frac{V}{22.4}$計算物質(zhì)的量結(jié)合化學(xué)方程式的電子轉(zhuǎn)移計算；
（2）燃料電池中燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）①A、B點是同溫度下的平衡，轉(zhuǎn)化率變化，但平衡常數(shù)不變，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計算A處的平衡常數(shù)，A點一氧化碳轉(zhuǎn)化率為50%，B點一氧化碳轉(zhuǎn)化率為70%；
②C點溫度高速率達，達到平衡所需要的時間短；
③提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是改變條件促使平衡正向進行．

解答 解：（1）C（s）+O₂（g）=CO₂（g）△H₁=-393.5kJ/mol①
C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）△H₂=+131.3kJ/mol②
由蓋斯定律①-②得到CO（g）+H₂（g）+O₂（g）=H₂O（g）+CO₂（g）△H=-524.8KJ/mol；
在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，33.6L的煤炭合成氣物質(zhì)的量為1.5mol，與氧氣完全反應(yīng)生成CO₂和H₂O，反應(yīng)過程中2mol合成氣完全反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移4mol，所以1.5mol合成氣反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子3mol；
故答案為：-524.8； 3；
（2）燃料電池中燃料在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，空氣與CO₂的混合氣體為正極燃氣，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔點混合物做電解質(zhì)，以金屬鎳（燃料極）為催化劑制成的，正極反應(yīng)是氧氣得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
故答案為：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），圖象分析溫度越高，一氧化碳轉(zhuǎn)化率減小，逆向進行，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
①依據(jù)圖象分析可知AB是同溫度下的平衡，平衡常數(shù)隨溫度變化，所以平衡常數(shù)不變，A點一氧化碳轉(zhuǎn)化率為50%，B點一氧化碳轉(zhuǎn)化率為70%，密閉容器中充有10mol CO與20mol H₂，A點平衡常數(shù)結(jié)合平衡三段式列式計算；
              CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）  10      20        0
變化量（mol）  5       10        5 
平衡量（mol）  5       10        5
平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{5mol}{VL}}{\frac{5mol}{VL}×（\frac{10mol}{VL}）^{2}}$=$\frac{{V}^{2}}{100}$L²/mol²；
B點一氧化碳轉(zhuǎn)化率為70%，結(jié)合平衡三段式列式計算
                         CO（g）+2H₂ （g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）  10            20               0
變化量（mol）  7             14               7
平衡量（mol）  3             6                7
A、B兩點時容器中，n（A）總：n（B）總=（5+10+5）：（3+6+7）=20：16=5：4；
故答案為：$\frac{{V}^{2}}{100}$L²/mol²；5：4；
②達到A、C兩點的平衡狀態(tài)所需的時間，C點溫度高反應(yīng)速率快達到反應(yīng)速率需要的時間短，t_A＞t_C，
故答案為：大于；
③反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，提高CO的轉(zhuǎn)化率可采取的措施是降溫、加壓、分離出甲醇，
故答案為：降溫、加壓、將甲醇從混合體系中分離出來．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律的計算應(yīng)用，化學(xué)平衡標(biāo)志判斷，圖象分析，影響平衡的因素分析判斷，化學(xué)平衡移動原理是解題關(guān)鍵，題目難度中等．